СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ХРАНИЛИЩ ТОКСИЧНЫХ И РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 1997 года по МПК E02D31/00 B09B1/00 

Заявляемое изобретение относится к области геоэкологии и может быть использовано при строительстве хранилищ токсичных и радиоактивных отходов с предотвращением утечки радиоактивных флюидов в окружающую среду.

Известен способ создания хранилищ токсичных и радиоактивных отходов, включающий выемку грунта и подготовка котлована соответствующих размеров, трамбование дна и стенок для уплотнения, армирование основания и стенок хранилища бетонными плитами с последующей заделкой швов между ними (БСЭ, том 17, изд. Сов. энциклопедия, 1974).

Известный способ трудоемок, нетехнологичен, не исключает утечек токсичных и радиоактивный флюидов в окружающую среду.

Известен способ возведения хранилищ токсичных и радиоактивных отходов, включающий разработку котлована, бетонирование дна и стенок хранилища и образование в основании экрана с абсорбирующим веществом (авт.св. ФРГ 3 717 884, кл. B 09 B 1/00, 1988).

Известный способ трудоемок, нетехнологичен, не использует в качестве абсорбирующего вещества цеолит, нагнетаемый в основании и стенки хранилища с использованием вибровоздействий в резонансном режиме.

Цель изобретения снижение энергоемкости и увеличение эксплуатационной надежности способа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу перед образованием экрана по подошве котлована бурят скважины и размещают в центральной скважине пневматические источники колебаний с ориентацией их осей в направлении максимальных главных напряжений в грунте, в качестве адсорбирующего вещества используют цеолит, содержащийся в смеси состава (в мас.):
поверхностно-активные вещества 3-5
цеолит 60-85
вода остальное,
а экран образуют путем предварительного нагнетания в грунт через скважины сначала разупрочняющего раствора при одновременном вибровоздействии на грунт в диапазоне 60-1500 гц до замены в грунте деформаций сжатия деформации растяжения и последующего нагнетания сначала содержащей цеолит смеси и затем
закрепляющего раствора при одновременном вибровоздействии на грунт с частотой собственных колебаний грунта до достижения скрепляющим раствором 0,5 его проектной или нормативной прочности, причем при осуществлении вибровоздействий на грунт в источниках возбуждают одинаковые колебания.

Скважины выполняют глубиной 3-5 м, а перед нагнетанием скрепляющего раствора их заполняют этим раствором до отметки 1,0-1,5 м,
Дно и стенки хранилища выполняют толщиной 3-7 см путем набрызга с одновременным вибровоздействием на бетонную смесь.

На фиг. 1 приведена схема реализации способа, где 1- хранилище, 2- сважина для размещения виброисточника, 3- виброисточник, 4- упруговязкое тело, 5- компрессор высокого давления, 6-электронный пульт управления для синхронизации работы группы виброисточников, 7- мини-ЭВМ, 8-нагнетательные скважины, 9- гидроимпульсатор для нагнетания технологических растворов, а на фиг. 2 дано сечение основания хранилища в разрезе, где 1 -хранилище, 10 - набрызг-бетон, 11- цеолит, 12-отвержденные отходы.

Способ осуществляют следующим образом: роют котлован, являющийся хранилищем 1 отходов, в центре котлована бурят скважину Ф200-300 мм и глубиной 3-5 м, размещают в скважине 2 виброисточники 3 и заполняют скважину 2 упруговязким телом 4. Максимальный диаметр скважины 2 и ее глубину для размещения в ней виброисточников 3 выбирают исходя из оптимальных условий возбуждения сейсмических колебаний на частотах 60-1500 гц, при которых имеет максимальная закачка упругой энергии в тело почвы 1 и составляющая от 3 до 16% всей энергии, поступающей в источник 3 от компрессора высокого давления ЭУ-5 или ЭУ-7 от 60 до 300 атмосфер. Глубина скважины 2 оптимальна величине давления, обеспечиваемого упруговязким телом, в качестве которого используют воду, мокрый песок и другие минеральные добавки вперемешку с водой, составляющей для диапазона 60-1500 гц примерно 5-7 атмосфер.

Время воздействия синхронной работы группы виброисточников для приведения локального участка грунта или пород в колебательное состояние регулируется посредством электронного пульта управления 6 и мини-ЭВМ 7 и зависит от обводненности почвы и физико-механических свойств грунтов, причем импульсы давления сжатого воздуха, подаваемого от компрессора 5 в источник 3, преобразуется в электрический сигнал тензодатчиком, встроенным в источник 3, и подается на вход электронного пульта управления 6 и осуществляется синхронизация работы группы виброисточников с помощью мини-ЭВМ 7. При синхронной работе группы виброисточников амплитуду колебаний медленно поднимают от минимально возможного до максимально уровня, определяемого уровнем достижения напряжений в грунте или породах, равном 0,5 от разрушающих с таким условием, чтобы не вызвать динамических проявлений горного давления - оползней, обвалов, горных ударов и сотрясений грунта. Колебания вызывают в массиве относительную подвижку структурных элементов, перераспределения поля упругих напряжений на пути распространения мощных упругих колебаний и частичную дегазацию локального участка грунта или пород, подверженного вибрациям. Эти явления имеют место как при работе группы виброисточников, так и при работе одиночного источника. Работу группы виброисточников контролируют геомеханическими и геофизическими методами исследований: методом разгрузки и с использованием тензодатчиков, ультразвуковыми, сейсмическими методами или методами с использованием электромагнитной и сейсмоакустической эмиссии.

Воздействие на основание и стенки хранилища осуществляют поэтапно: вначале приводят грунт или породы в возбужденное состояние в диапазоне от 60 до 1500 гц и нагнетают в скважины 8 посредством гидроимпульсатора 9 разупрочняющие растворы, в качестве которых используют ПАВ, гидроокись натрия или гидроокись натрия с метанолом, и вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором деформации сжатия сменяют деформации растяжения грунта, после чего переходят на частоту собственных колебаний массива, причем вначале нагнетают цеолит, затем нагнетают скрепляющие растворы и вибровоздействия производят в течение времени, при котором прочность скрепляющего раствора достигнет величины 0,5 от нормативной или проектной прочности. Цеолит нагнетают в скважины глубиной 3-5 м с таким условием, чтобы он заполнил и трещины грунта для предотвращения утечки радионуклидов в окружающую среду, а затем после нагнетания в грунт цеолита заполняют скважины скрепляющими растворами до отметки 1,0-1,5 м и лишь после этого нагнетают в них скрепляющие растворы, причем для придания необходимой прочности основанию и стенкам хранилища в совокупности с вибровоздействиями осуществляют набрызг бетона и вибровоздействия производят в течение времени, при котором толщина скрепляющего раствора на основании и стенках хранилища достигает слоя 3-5 см.

Преимущества способа состоят в том, что размещение виброисточников позволяет:
возбуждать упругие колебания в выбранном диапазоне частот в режиме накопления при неизменных контактных условиях и закачать в массив необходимую упругую энергию для управления состоянием и свойствами грунтового массива;
повысить проницаемость грунта до, во время нагнетания цеолита или скрепляющих растворов;
создать хранилища, армированные цеолитом, для предотвращения утечки радиоактивных флюидов в окружающую среду;
повысить эксплуатационную надежность хранилищ при захоронении в них токсичных или радиоактивных отходов.

Сущность способа состоит в том, что, возбуждая в грунтовом массиве мощные вибрационные колебания, на пути возникают волны сжатия и разрежения, которые, в свою очередь, способствуют миграции флюидов жидкостей и газовоздушных включений в порах и трещинах грунта на несколько порядков быстрее, чем в отсутствии упругой волны. Миграция флюидов на пути распространения упругих волн в грунтовом массиве вызывает:
перераспределение поля упругих напряжений;
частичную дегазацию грунта, поврежденного вибрациями;
кавитирующие процессы, возникающие на пути распространения упругих волн при соблюдении определенных начальных и граничных условий при определенных РТ-параметрах, при которых резко на несколько порядков возрастает проницаемость грунта и разрушаются перегородки между порами и трещинами, что весьма облегчает нагнетание цеолита и скрепляющих растворов в основание и стенки хранилища и увеличивает эксплуатационную надежность хранилища, поскольку цеолиты поглощают радионуклиды, скапливающиеся на стенках и основании хранилища и не дает им проникнуть в окружающую среду.

Использование заявляемого способа позволит значительно повысить надежность хранилищ по сравнению с имеющимися классическими хранилищами и повысить безремонтный срок их службы в 2-3 раза.

Сущность изобретения: разрабатывают котлован, бурят в нем скважины и размещают в центральной скважине невзрывной пневматический виброисточник. Скважины заполняют упруговязким материалом, возбуждают в грунте колебания в диапазоне 60-1500Гц и одновременно нагнетают разупрочняющие растворы. Вибровоздействия на частотах 60-1500 Гц осуществляют в течение времени, когда деформации сжатия грунта заменяются деформациями растяжения. После этого переходят на частоту собственных колебаний грунта и нагнетают в скважины сначала смесь, содержащую цеолит, а затем - скрепляющие растворы. Воздействия на собственных частотах колебаний грунта осуществляют в течение времени, при котором прочность скрепляющих растворов не достигает 0,5 его проектной или нормативной прочности. Затем бетонируют дно и стенки котлована путем набрызга с одновременным вибровоздействием на бетонную смесь. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ возведения хранилищ токсичных и радиоактивных отходов, включающий разработку котлована, бетонирование дна и стенок хранилища и образование в основании экрана с абсорбирующим веществом, отличающийся тем, что перед образованием экрана по подошве котлована бурят скважины и размещают в центральной скважине пневматические источники колебаний с ориентацией их осей в направлении максимальных главных напряжений в грунте, в качестве абсорбирующего вещества используют цеолит, содержащийся в смеси состава, мас.

Поверхностно-активные вещества 3 5
Цеолит 60 85
Вода Остальное
а экран образуют путем предварительного нагнетания в грунт через скважины сначала разупрочняющего раствора при одновременном вибровоздействии на грунт 60 1500 Гц до замены в грунте деформаций сжатия деформациями растяжения и последующего нагнетания сначала содержащей цеолит смеси и затем скрепляющего раствора при одновременном вибровоздействии на грунт с частотой собственных колебаний грунта до достижения скрепляющим раствором 0,5 его проектной или нормативной прочности, причем при осуществлении вибровоздействий на грунт в источниках возбуждают одинаковые колебания.